JPH11267994A - ロボット駆動装置の安全保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロボット駆動装置の動作が異常であっても、動
作異常判断後の出力を誤って安全と判断することのない
ロボット駆動装置の安全保護装置を提供する。 【解決手段】ロボットコントローラ３に内蔵されたＤ／
Ａボード4からの指令電圧Ｖ_refを入力するサーボアンプ
５と、サーボアンプ５から出力された電流指令により駆
動されるサーボモータ２１と、サーボモータ２１を駆動
源とするロボット２とを備えたロボット駆動装置におい
て、ロボット２のアーム２２に、ロボット２が人間１と
接触したときの負荷の大きさに応じてその検出された抵
抗値Ｒ_H1、Ｒ_H2が単調減少するタッチセンサ８１、８２
が設けてあり、Ｄ／Ａボード４に、タッチセンサ８１、
８２の検出抵抗Ｒ_H1、Ｒ_H2により変化するしきい値電圧
Ｖ_H1、Ｖ_H2と指令電圧Ｖ_refを比較することによりロボ
ット２の動作を安全側に働かせる判断を行う安全保護判
断部７が接続してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、人間また
は物体と接触することを前提とするサービスロボット等
を駆動するロボット駆動装置の安全保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、医療福祉分野等において使用され
る人間共存型のロボットは、人間または物体と同一空間
で作業を行うことになり、ロボットが人間または物体と
接触する可能性があり、人間の安全性を確保し作業を継
続することが望まれる。通常、ロボットを駆動するため
のロボット駆動装置は、図１5のようになっている。図
において、１は人間、２はロボット、３はロボットコン
トローラ、４はロボットコントローラ３に内蔵されたＤ
／Ａボード、５はＤ／Ａボード４からの指令電圧Ｖ_ref
を入力するサーボアンプ、２１はロボット２に設けられ
ると共にサーボアンプ５よりパワー変換された電流指令
により駆動されるサーボモータ、２２はサーボモータ２
１を駆動源とするロボット２のアームである。このよう
なロボット２は、ロボット２自身と人間１との接触状態
を監視するために、アーム２２の外表面等に負荷状況に
応じて抵抗値が単調減少する図示しないタッチセンサが
取り付けられ、接触検出情報に基づきソフトウェア制御
により、ロボット２から人間１への衝撃を抑制し且つ安
全を確保している。ところが、例えば、Ｄ／Ａボード４
やサーボアンプ５が故障したり、若しくはコントローラ
３のソフトウェアが暴走したりしてＤ／Ａボード４から
サーボアンプ５に異常な指令が出力されると、サーボモ
ータ２１は指令電圧通りに動作するため暴走するという
問題があった。これによりロボット２は人間１の安全性
を保ちながらアーム２２の動作を継続することができな
くなる恐れがある。そこで、ロボット駆動装置の異常を
識別する手段が必要となる。

【０００３】ロボット駆動装置の異常を識別する手段は
種々提案されているが、例えば、一般の負荷駆動装置に
は、負荷に異常が発生している時に負荷側の駆動を停止
するように指令を出すウィンドウコンパレータを用いた
ものがある。図１６は負荷駆動装置の一例を示す。この
ような装置は、図示しないセンサからのアナログ信号
が、常時ウィンドウコンパレータ１６に入力されるもの
であり、入力されるセンサ信号がマイコン制御部１３に
よるセンサの設定範囲を超えた時、上限値設定部１４及
び下限値設定部１５により設定された上限値及び下限値
に対してセンサ信号が比較される。ウィンドウコンパレ
ータ１６において、センサ信号がしきい値外になったと
きには、マイコン制御部１３またはＡ／Ｄ変換部１２が
故障して動作不良であると判断され、出力信号を生じな
いようにして負荷側の駆動を停止させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の技術においては、以下のような問題があった。 （１）図１５に示すようなロボットと人間が接触する状
態において、例えば、ロボットのアーム２２に図示しな
いタッチセンサを取り付け、従来例の図１６に示すウィ
ンドウコンパレータを用いて動作異常を判断する回路を
加えた構成にすると、比較器の故障もしくはＡＮＤゲー
トの故障または断線故障が生じた場合に、動作異常であ
るにもかかわらず動作異常判断後の出力が安全であると
判断してしまう。 （２）図１５に示したロボット駆動装置において、図示
しないタッチセンサによりロボットと人間の接触状況を
監視した場合であって、仮にロボットが暴走して人間の
安全を確保できなくなるような恐れがあると、人間の判
断でロボットの非常停止スイッチを投入して停止させて
いる。しかし、人間自身が安全でないと感じて非常停止
スイッチを投入するまでの間はロボットの動作を継続さ
せることになり、また、迅速に非常停止スイッチを投入
することができなくなると、ロボット等を駆動するサー
ボアンプへの指令電圧や駆動対象に流れる電流が増加す
る一方となる。その結果、ロボットは人間に危害を加え
続けることになる。さらに、危険時に、ロボットを停止
させた場合、再度ロボットを立ち上げ直すのに時間がか
かり、作業の中断時間も長くなってしまう。 （３）通常、ロボットアームに取り付けた図示しないタ
ッチセンサの増幅器の出力は、無負荷時に出力電圧が小
さく、負荷状況に応じて出力電圧が単調増加的に変化す
るため、図１５に示すロボットに人間が接触して負荷が
かかった状態において、タッチセンサが故障したりある
いはその配線が断線したりすると、センサ出力電圧が０
Ｖとなる。そのため、ロボットに負荷がかかっているに
もかかわらずタッチセンサの出力電圧から無負荷である
と判断してしまう危険性がある。そこで、本発明の第１
の目的は、ロボットの駆動装置で動作異常を判断する比
較器の故障もしくはＡＮＤゲートの故障または断線故障
が生じた場合に、動作異常であるにもかかわらず動作異
常判断後の出力を誤って安全と判断することのない、ロ
ボット駆動装置の安全保護装置を提供することである。
また、第２の目的は、ロボットが暴走して人間の安全を
確保できなくなる様なおそれがある場合に、ロボットの
動作を停止することなく、動作速度を低減することので
きるロボット駆動装置の安全保護装置を提供することで
ある。さらに、第３の目的は、ロボットに負荷がかかっ
た場合において、ロボットと人間等との接触状況を検知
するタッチセンサの故障・断線が生じたときに、駆動装
置が無負荷と判断することなく、安全側故障になるよう
にしたロボット駆動装置の安全保護装置を提供すること
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は次のような構成にしたものである。 （１）請求項１に記載の本発明は、ロボットコントロー
ラに内蔵されたＤ／Ａボードからの指令電圧を入力する
サーボアンプと、このサーボアンプから出力された電流
指令により駆動されるサーボモータと、このサーボモー
タを駆動源とするロボットと、を備えたロボット駆動装
置において、前記ロボットのアームの外表面に、前記ロ
ボットが人間と接触したときの負荷の大きさに応じてそ
の検出された抵抗値が単調減少するタッチセンサが設け
てあり、前記Ｄ／Ａボードと接続されると共に、前記タ
ッチセンサの検出抵抗により変化するしきい値電圧と前
記指令電圧を比較することにより前記ロボットの動作を
安全側に働かせる判断を行う安全保護判断部を備えたも
のである。 （２）請求項２に記載の本発明は、請求項１記載のロボ
ット駆動装置の安全保護装置において、前記タッチセン
サは、二つ設けてあり、前記安全保護判断部は、前記二
つのタッチセンサの検出抵抗により変化する電圧と予め
設定された外部の固定抵抗により決定される電圧をそれ
ぞれ上限、下限のしきい値電圧とすると共に前記二つの
タッチセンサの検出抵抗による上限値がともに前記指令
電圧より高いときに発振するウィンドウコンパレータ
と、前記ウィンドウコンパレータより発振した出力を整
流する整流回路と、前記整流回路による整流後の出力電
圧を用いて前記サーボモータの電源を切るための指令を
発するリレーと、より構成されたものである。 （３）請求項３に記載の本発明は、ロボットコントロー
ラに内蔵されたＤ／Ａボードからの指令電圧を入力する
サーボアンプと、このサーボアンプから出力された電流
指令により駆動されるサーボモータと、このサーボモー
タを駆動源とするロボットと、を備えたロボット駆動装
置において、前記ロボットのアームの外表面に、前記ロ
ボットが人間と接触したとき負荷の大きさに応じてその
検出された抵抗値が単調増加するタッチセンサが設けら
れ、 前記タッチセンサに、直列に固定抵抗が接続されて
おり、 前記Ｄ／Ａボードからの指令電圧を前記タッチセ
ンサの抵抗と前記固定抵抗とで分圧させるものである。 （４）請求項４に記載の本発明は、ロボットコントロー
ラに内蔵されたＤ／Ａボードからの指令電圧を入力する
サーボアンプと、このサーボアンプから出力された電流
指令により駆動されるサーボモータと、このサーボモー
タを駆動源とするロボットと、を備えたロボット駆動装
置において、前記ロボットのアームの外表面に、 前記ロ
ボットが人間と接触したとき負荷の大きさに応じてその
検出された抵抗値が単調減少するタッチセンサが設けら
れ、前記タッチセンサには、直列に固定抵抗が接続され
ており、前記サーボモータのモータ抵抗は、前記タッチ
センサと並列に接続されており、 前記サーボモータの駆
動電流を前記タッチセンサの抵抗と前記モータ抵抗によ
り低減させるものである。 （５）請求項５に記載の本発明は、ロボットコントロー
ラに内蔵されたＤ／Ａボードからの指令電圧を入力する
サーボアンプと、このサーボアンプから出力された電流
指令により駆動されるサーボモータと、このサーボモー
タを駆動源とするロボットと、を備えたロボット駆動装
置において、前記ロボットのアームの外表面に、前記ロ
ボットが人間と接触したときの負荷の大きさに応じてそ
の検出された抵抗値が単調増加するタッチセンサが設け
られ、前記サーボモータのモータ抵抗は、前記タッチセ
ンサと直列に接続されており、前記サーボモータの駆動
電流を前記タッチセンサの抵抗により低減させるもので
ある。 （６) 請求項６に記載の本発明は、ロボットコントロー
ラに内蔵されたＤ／Ａボードからの指令電圧を入力する
サーボアンプと、このサーボアンプから出力された電流
指令により駆動されるサーボモータと、このサーボモー
タを駆動源とするロボットと、を備えたロボット駆動装
置において、前記ロボットのアームの外表面に、人間と
接触した時に負荷状況に応じて抵抗値が単調減少するタ
ッチセンサが取り付けてあり、前記タッチセンサには、
並列に接続されると共に比較器内部に予め設定された上
限値および下限値を有する２組の異なるしきい値電圧と
電源電圧を比較するウィンドウコンパレータと、前記ウ
ィンドウコンパレータにより発振した出力を整流する整
流回路とが設けられ、且つ、直列に接続された固定抵抗
が設けられており、前記タッチセンサの抵抗の両端に、
前記ウィンドウコンパレータの整流後の出力電圧を前記
タッチセンサの抵抗と前記固定抵抗で分圧した電圧信号
が入力されるＡ／Ｄボードが接続してあり、前記Ａ／Ｄ
ボードに、ＩＯボード等を介して前記Ａ／Ｄボードに入
力された電圧信号レベルにより前記サーボモータの電源
を切るための指令を発するリレーを接続してあり、前記
Ａ／Ｄボードに入力された電圧信号レベルを用いて前記
ロボットを安全側に動作させるようにしたものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて詳細に説明する。図において従来例と同じ構成要素
に同一符号を付してその説明を省略する。図１は本発明
の第1 の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置
であり、（ａ）は安全保護装置のブロック図、（ｂ）は
ウィンドウコンパレータの内部構成を示す模式図であ
る。図２は、タッチセンサと安全保護判断部の動作を示
す図で、安全保護判断部で安全と判断した場合であり、
（ａ）は、タッチセンサの抵抗値の変化を示す図、
（ｂ）は、ウィンドウコンパレータのしきい値に対する
指令電圧と電源電圧の和Ｖ_refdの変化、（ｃ）は、整流
回路の出力電圧である。図３は、安全保護判断部で危険
と判断した場合におけるタッチセンサと安全保護判断部
の動作を示す図で、（ａ）はタッチセンサの抵抗値の変
化を示す図、（ｂ）はウィンドウコンパレータのしきい
値に対する指令電圧と電源電圧の和Ｖ_refdの変化、
（ｃ）は整流回路の出力電圧である。従来と異なる点
は、ロボット２のアーム２２の外表面、特に先端部に
は、ロボット２が人間１と接触した際、その負荷の大き
さに応じて検出される抵抗値が単調減少的に変化するタ
ッチセンサ８１、８２（可変抵抗：Ｒ_H1、Ｒ_H2とする）
が取り付けられている。また、Ｄ／Ａボード４には、タ
ッチセンサ８１、８２の抵抗Ｒ_H1、Ｒ_H2の検出値により
変化するしきい値電圧と指令電圧Ｖ_refを比較すると共
に、ロボット２の動作を常に安全側に働かせる判断を行
う安全保護判断部７が接続されている。安全保護判断部
７は、２入力のＡＮＤゲート回路７２ａ、７２ｂ、７２
ｃと比較器７２ｄ、７２ｅとを組み合わせてなるフェー
ルセーフが保証されたウィンドウコンパレータ７２と、
ウィンドウコンパレータ７２より発振した出力を整流す
る整流回路７３と、整流回路７３による整流後の出力電
圧を用いてサーボモータ２１の電源（パワー部６）を切
るための指令を発するリレー７４より構成されている。
このウィンドウコンパレータ７２では、比較器７２ｅは
２つの異なる上限値Ｖ_H1および下限値Ｖ_L の間でしきい
値を設定しており、また、比較器７２ｄは２つの異なる
上限値Ｖ_H2および下限値Ｖ_L のしきい値を設定してい
る。ここでは、上限しきい値Ｖ_H1、Ｖ_H2はタッチセンサ
８１、８２の抵抗Ｒ_H1、Ｒ_H2の変化を電圧変換器８１
ａ、８２ａにより電圧に変換して設定され、また、下限
しきい値Ｖ_Lは予め設定された外部の固定抵抗７５、７
６の抵抗値Ｒ_Lを電圧変換器７５ａ、７６ａにより電圧
に変換して設定される。この比較器７２ｄ、７２ｅによ
り、Ｄ／Ａボード４から出力される指令電圧とウィンド
ウコンパレータ７２の電源電圧の和｜Ｖ_ref ｜＋Ｖ_cc
を監視するようにしている。さらに、ＡＮＤゲート回路
７２ａ、７２ｂ、７２ｃにより、両しきい値内にある場
合論理値１に相当する信号を発し、２入力が共に設定し
たしきい値内に｜Ｖ_ref｜＋Ｖ_ccの和であるＶ_refdが入
っている場合すなわち論理積１のとき発振回路７２ｆを
介して発振し、その際、交流（方形波）を出力する。ま
た、しきい値外になる場合は論理積０に相当し、
２入力の論理積が０のとき誤って発振しない特性を有す
るものである。ただし、下限値Ｖ_L はウィンドウコンパ
レータの電源電圧Ｖ_ccより高く設定したものである。次
に、動作について説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示す
様に、最初に、Ｄ／Ａボード４から出力される指令電圧
Ｖ_ref を整流回路７１に入力し、指令電圧｜Ｖ_ref ｜と
電圧源Ｖ_ccとの和であるＶ_refdをウィンドウコンパレー
タ７２に入力する。ロボット２が人間１と接触する際の
負荷が大きくなると、図２の（ａ）に示す様にタッチセ
ンサの抵抗値Ｒ_H1が単調減少していく。そのとき、図２
の（ｂ）に示す様にＤ／Ａボード４から出力される指令
電圧｜Ｖ_ref ｜と電圧源Ｖ_ccとの和Ｖ_refdが、タッチセ
ンサ８１、８２の抵抗Ｒ_H1、Ｒ_H2と固定抵抗Ｒ_L に依存
した電圧のしきい値内、すなわち、それぞれともにＶ_L
＜Ｖ_refd＜Ｖ_H1、Ｖ_L ＜Ｖ_refd＜Ｖ_H2にある場合、論理
積１となって発振出力になる。そして、次段の整流回路
７３で整流を行なうと、図２の（ｃ）に示す様にＨｉｇ
ｈレベル（安全）になり、その信号をリレー７４に送
り、ロボット２の動作を継続させるようにしている。ま
た、逆に、抵抗Ｒ_H1、Ｒ_H2に依存した電圧がそれぞれと
もにしきい値外になる場合は、すなわち、図３の（ｂ）
に示す様にＶ_H1＜Ｖ_refd、Ｖ_H2＜Ｖ_refdにある場合、図
２の（ｃ）に示す様に安全保護判断部の判断により論理
値０で、Ｌｏｗレべル（危険）となり、サーボモータ２
１のパワー部６の電源を切り、ロボット２を停止する。
したがって、本発明では人間とロボットが接触したとき
の負荷（抵抗）に依存した電圧つまり上限しきい値
Ｖ_H1、Ｖ_H2の変化に対して、Ｄ／Ａボードから出力され
た指令電圧Ｖ_ref を、フェールセーフであるウィンドウ
コンパレータを用いて監視することで安全の有無を判断
するようにしたので、ウィンドウコンパレータの比較器
の故障や、比較器に接続しているＡＮＤゲートの故障、
配線の断線故障等が生じたとしても、動作異常であるに
もかかわらず動作異常判断後の出力が安全であると判断
してしまうことはなく、負荷への入力を増加させること
もない。よって、負荷に異常が発生している時にはその
動作を常に安全側に働かせることのできるロボット駆動
装置を得ることができる。

【０００７】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図４は、本発明の第２の実施例を示すロボット駆
動装置の安全保護装置のブロック図である。第２の実施
例が従来と異なる点は、図４に示すように、ロボット２
のアーム２２の外表面には力の大きさに応じて抵抗検出
値が単調増加的に変化するタッチセンサ８３（抵抗
Ｒ_H3）を設け、タッチセンサ８３と直列に固定抵抗９
（抵抗Ｒ₁ ）を接続してある点であり、サーボアンプ５
に入力される直前の指令電圧Ｖ_out は、Ｄ／Ａボード４
から出た直後の指令電圧Ｖ_ref をタッチセンサ８３の抵
抗Ｒ_H3と固定抵抗９とで分圧するようにしたことを特徴
とする。次に動作について説明する。図５は安全保護装
置の動作を示す図で、（ａ）は指令電圧の時間変化、
（ｂ）はロボットの負荷に対するタッチセンサの抵抗変
化、（ｃ）負荷に対するサーボアンプ指令電圧の変化で
ある。図５（ａ）に示すように、Ｄ／Ａボード４から一
定の指令電圧Ｖ_ref が出力されており、図５（ｂ）に示
すように、ロボット２が人間１と接触する際の負荷が大
きくなると、タッチセンサ８３の抵抗値Ｒ_H3が単調増加
していく。サーボアンプ５に入力される直前の指令電圧
Ｖ_out は、Ｄ／Ａボード４から出た直後の指令電圧Ｖ
_ref をタッチセンサ８３の抵抗と固定抵抗９とで分圧し
ているため、ロボット２が人間１と接触した際にその負
荷状況に応じて、図５（ｃ）に示すように、ロボット２
を駆動するサーボアンプ５への指令電圧Ｖ_out が単調減
少する。このとき指令電圧Ｖ_out は、指令電圧Ｖ_ref 、
タッチセンサの抵抗Ｒ_H3、固定抵抗Ｒ₁ より次式で表せ
る。 Ｖ_out ＝Ｖ_ref ／（１＋Ｒ_H3／Ｒ₁） （式1 ） そのため、サーボアンプ５への指令電圧を低減し、且
つ、負荷に流れる電流を低減することができるので、ロ
ボット２を停止することなく動作速度を低減しながら、
人間１と接触した状態で動作を継続させることができ
る。なお、Ｄ／Ａボード４とサーボアンプ５の間に入力
されるタッチセンサ８３の近傍にスイッチ（図示せず）
を設けて、ロボット２が人間１と接触したとき任意に該
スイッチを投入して、サーボアンプ５への指令電圧を単
調減少させる様にしても良い。また、ロボット駆動装置
において、タッチセンサの抵抗値Ｒ_H3が負荷に応じて単
調減少する場合、タッチセンサ８３と固定抵抗９の接続
を入れ換えるとか、あるいはタッチセンサに替えて固定
抵抗を用いても良く、上記の実施例同様にサーボアンプ
への指令電圧を単調減少させることができる。

【０００８】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図６は、本発明の第３の実施例を示すロボット駆
動装置の安全保護装置のブロック図である。第３の実施
例が従来と異なる点は、図６に示すように、ロボット２
のアーム２２の外表面には力の大きさに応じて抵抗検出
値が単調減少的に変化するタッチセンサ８１を設け、タ
ッチセンサ８１の抵抗Ｒ_H1と並列にサーボモータ２１の
モータ抵抗Ｒ_m と接続し、タッチセンサ８１の抵抗Ｒ_H1
およびサーボモータ２１のモータ抵抗Ｒ_m と直列に固定
抵抗１０（抵抗Ｒ₂ ）を接続した点である。この構成に
よりサーボアンプ5から出た直後の電流をタッチセンサ
８１の抵抗Ｒ_H1およびサーボモータ２１のモータ抵抗Ｒ
_m とで分流することで、サーボモータ２１に入力される
駆動電流ｉ_mを低減するようにしたことを特徴とする。
次に動作について説明する。図７は安全保護装置の動作
を示す図で、（ａ）は指令電圧の時間変化、（ｂ）はロ
ボットの負荷に対するタッチセンサの抵抗変化、（ｃ）
は負荷に対するサーボモータ駆動電流の変化である。図
７（ａ）に示すように、サーボアンプ５から一定の指令
電圧Ｖ_ref が出力されるが、図７（ｂ）に示すように、
ロボット２が人間１と接触する際の負荷が大きくなる
と、タッチセンサ８１の抵抗値Ｒ_H1が単調減少してい
く。サーボアンプ５から出た直後の指令電圧をタッチセ
ンサ８１の抵抗８１ａおよびサーボモータ２１のモータ
抵抗Ｒ_m で分流するため、図７（ｃ）に示すように、ロ
ボット２が人間１と接触した際にその負荷状況に応じ
て、ロボット２を駆動するサーボモータ２１への電流ｉ
_m が単調減少する．このときのサーボモータ２１への電
流ｉ_mは、指令電圧Ｖ_ref 、タッチセンサの抵抗Ｒ_H1、
固定抵抗Ｒ₂、サーボモータのモータ抵抗Ｒ_m より次式
で表せる。 ｉ_m ＝Ｖ_ref ／（Ｒ₂ Ｒ_m ／Ｒ_H1＋Ｒ₂ ＋Ｒ_m ） （式２） そのため、サーボモータ２１への駆動電流を低減するこ
とができるので、ロボットを停止することなく動作速度
を低減しながら、人間と接触した状態で動作を継続させ
ることができる。なお、サーボアンプ５とサーボモータ
２１の間に入力されるタッチセンサの近傍にスイッチ
（図示せず）を設け、ロボット２が人間１または物体と
接触したときのみ任意に該スイッチを投入して、サーボ
モータへの電流を単調減少させるようにしても良い。ま
た、ロボット駆動装置において、タッチセンサに替えて
固定抵抗とスイッチを用いても良く、上記の実施例同様
にサーボモータへの電流を単調減少させることができ
る。また、ロボットのアームが人間と接触したときモー
タトルクが小さくなるようにするために、タッチセンサ
の抵抗Ｒ_H1、固定抵抗Ｒ₂ 、サーボモータのモータ抵抗
Ｒ_m の大きさを設定して駆動電流を小さくし、人間の安
全性を図っており問題はない。

【０００９】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図８は、本発明の第４の実施例を示すロボット駆
動装置の安全保護装置のブロック図である。第４の実施
例が従来と異なる点は、図８に示すように、ロボット２
のアーム２２の外表面には力の大きさに応じて抵抗検出
値が単調増加的に変化するタッチセンサ８３を設け、タ
ッチセンサ８３の抵抗Ｒ_H3と直列にサーボモータ２１の
モータ抵抗Ｒ_m を接続し、タッチセンサ８３の抵抗８３
ａとサーボモータ２１のモータ抵抗Ｒ_m を直列に接続し
た点である。この構成によりサーボアンプ5から出た直
後の電流をタッチセンサ８３の抵抗Ｒ_H3で分流すること
で、サーボモータ２１に入力される駆動電流ｉ_mを低減
するようにしたことを特徴とする。次に動作について説
明する。図９は安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）
は指令電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対す
るタッチセンサの抵抗変化、（ｃ）は負荷に対するサー
ボモータ駆動電流の変化である。図９（ａ）に示すよう
に、サーボアンプ５から一定の指令電圧Ｖ_ref が出力さ
れるが、図９（ｂ）に示すように、ロボット２が人間１
と接触する際の負荷が大きくなると、タッチセンサ８３
の抵抗値Ｒ_H3が単調増加していく。サーボアンプ５から
出た直後の指令電圧をタッチセンサ８３の抵抗Ｒ_H3で低
減しているため、図９（ｃ）に示すように、ロボット２
が人間１と接触した際にロボット２の負荷状況に応じ
て、ロボット２を駆動するサーボモータ２１への駆動電
流ｉ_m が単調に減少する．このときのサーボモータ２１
への駆動電流ｉ_m は指令電圧Ｖ_ref 、タッチセンサの抵
抗Ｒ_H3、サーボモータのモータ抵抗Ｒ_m より次式で表せ
る。 ｉ_m ＝Ｖ_ref ／（Ｒ_H3＋Ｒ_m ） （式３） その結果、サーボモータ２１への駆動電流を低減するこ
とができるので、ロボット２を停止することなく動作速
度を低減しながら、人間１と接触した状態で動作を継続
させることができる。なお、ロボットのアームが人間と
接触したときモータトルクが小さくなるようにするため
に、タッチセンサの抵抗Ｒ_H3、サーボモータのモータ抵
抗Ｒ_m の大きさを設定して駆動電流を小さくし、人間の
安全性を図っており問題はない。

【００１０】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。図１０は本発明の第５の実施例を示すロボット駆
動装置の安全保護装置であって、（ａ）は安全保護装置
のブロック図、（ｂ）はウィンドウコンパレータの内部
構成を示す模式図である。第５の実施例が従来と異なる
点は、ロボット２のアーム２２の外表面に、負荷状況に
応じて抵抗値が単調減少するタッチセンサ８１（可変抵
抗Ｒ_H1）が取り付けられている点であり、また、ロボッ
ト駆動装置に、ＡＮＤゲート回路７２ａ、７２ｂ、７２
ｃと比較器７２ｄ、７２ｅとを組み合わせてなるフェー
ルセーフが保証されたウィンドウコンパレータと、ウィ
ンドウコンパレータ７２より発振した出力を整流する整
流回路７３とが、タッチセンサ８１に並列に接続され、
また、固定抵抗１１（Ｒ₃）がタッチセンサ８１に直列
に設けられている点である。ここで、ウィンドウコンパ
レータ７２は上限値の符号は異なるが、第１の実施例で
示したものと同じように、比較器７２ｅが２つの異なる
上限値Ｖ_Heおよび下限値Ｖ_L の間でしきい値電圧を設定
し、また、比較器７２ｄが２つの異なる上限値Ｖ_Hdおよ
び下限値Ｖ_L のしきい値電圧を設定している。ここで、
上限しきい値Ｖ_Hd、Ｖ_Heは予め設定された固定抵抗７
７、７８（抵抗値：Ｒ_Hd、Ｒ_He）を電圧変換器７７ａ、
７８ａで電圧に変換して設定したものであり、一方の下
限しきい値Ｖ_Lも同様に固定抵抗７５、７６を電圧変換
器７５ａ、７６ａで電圧に変換して設定している。ま
た、この比較器７２ｄ、７２ｅはウィンドウコンパレー
タ７２の電源電圧Ｖ_ccを監視している。さらに、ウィン
ドウコンパレータ７２はＡＮＤゲート回路７２ａ、７２
ｂ、７２ｃにより、２入力が共に設定した両しきい値内
にＶ_ccが入っている場合すなわち論理積１のとき発振回
路７２ｆを介して発振し、その際、交流（方形波）を出
力する。また、２入力のうち少なくとも何れか一方の入
力がしきい値外になる場合は論理積０に相当し、この２
入力の論理積が０のときは発振しないようになってい
る。このようにウィンドウコンパレータ７２と整流回路
７３が、タッチセンサ８１に並列に接続され、且つ、固
定抵抗１１（Ｒ₃）がタッチセンサ８１に直列に設けら
れているため、タッチセンサ８１の可変抵抗にかかる出
力電圧Ｖ_outは、ウィンドウコンパレータ７２の整流後
の出力電圧Ｖ_compをタッチセンサ８１の可変抵抗Ｒ_H1と
固定抵抗１１（Ｒ₃）で分圧する形となる。タッチセン
サ８１の可変抵抗に現れる出力電圧は、 Ｖ_out＝［Ｒ₃／（Ｒ₃＋Ｒ_H1）］Ｖ_comp （式４） となる。さらに、図１０に示すように、タッチセンサ８
１に並列に設けたＡ／Ｄボード１７に入力するように
し、この信号をパソコンのＣＰＵ１８に送り、危険時に
はパソコンのＣＰＵ１８に接続されたＩＯボード１９で
リレー７４を駆動することで、サーボモータ２１の電源
（パワー部６）を切りロボットを停止させるようにして
いる。次に、動作について説明する。図１１は、安全と
判断した場合のウィンドウコンパレータと整流回路の動
作を示す図で、（ａ）は、固定抵抗の抵抗値の変化を示
す図、（ｂ）は、ウィンドウコンパレータのしきい値電
圧に対する電源電圧Ｖ_CCの変化、（ｃ）は、整流回路の
出力電圧である。図１２は、安全と判断した場合の負荷
に対するタッチセンサの特性を説明する図で、（ａ）は
タッチセンサの負荷に対する抵抗値変化、（ｂ）はタッ
チセンサの両端にかかるＡ／Ｄボードの出力電圧変化の
図である。図１３は、危険と判断した場合のウィンドウ
コンパレータと整流回路の動作を示す図で、（ａ）はウ
ィンドウコンパレータのしきい値電圧と電源電圧Ｖ_CCの
変化であり、Ｖ_cc＜Ｖ_Lの場合、（ｂ）はウィンドウコ
ンパレータのしきい値電圧と電源電圧Ｖ_CCの変化であ
り、Ｖ_He＜Ｖ_ccあるいはＶ_Hd＜Ｖ_ccの場合である。ウィ
ンドウコンパレータのしきい値電圧に対する電源電圧Ｖ
_CCの変化、（ｃ）は、整流回路の出力電圧である。図１
４は、危険と判断した場合の負荷に対するタッチセンサ
の特性を説明する図で、（ａ）はタッチセンサの負荷に
対する抵抗値変化、（ｂ）はＡ／Ｄボードの出力電圧変
化の図である。まず、図１０（ａ）に示すロボット駆動
装置において、電源電圧Ｖ_ccがウィンドウコンパレータ
７２に入力され、電源電圧Ｖ_ccの電圧値がウィンドウコ
ンパレータ７２内で予め設定された固定抵抗Ｒ_Hd、
Ｒ_He、Ｒ_L （いずれも図１１（ａ）参照）に依存した電
圧のしきい値内、すなわち、図１１（ｂ）に示すように
それぞれともにＶ_L ＜Ｖ_cc＜Ｖ_Hd、Ｖ_L ＜Ｖ_cc＜Ｖ_Heに
入っていると、ウィンドウコンパレータ７２の出力は論
理積１となって発振出力になる。これにより、電源電圧
Ｖ_ccがウィンドウコンパレータ７２のしきい値内にある
ので、整流回路出力後の電圧特性Ｖ_compは図１１（ｃ）
のようにＨｉｇｈレベルになる。一方、タッチセンサ８
１の可変抵抗Ｒ_H1の特性は図１２（ａ）で示されるよう
に、負荷がかかった場合に単調減少するものであり、電
源電圧Ｖ_ccがウィンドウコンパレータ７２のウィンドウ
内にあると、Ａ／Ｄボード１７に入力される出力電圧Ｖ
_outの特性は、この整流回路出力後の出力電圧Ｖ_compを
タッチセンサ８１の可変抵抗Ｒ_H1と固定抵抗１１
（Ｒ₃）で分圧するので、図１２（ｂ）のようになる。
このとき、すなわち、Ａ／Ｄボード１７に可変抵抗Ｒ_H1
にかかる電圧Ｖ_outを入力し、正常時にはパソコンのＣ
ＰＵ１８を用いてＤ／Ａボード４にて指令電圧を出力
し、サーボモータ２１を介してロボット２を動作させ
る。また、ウィンドウコンパレータ７２に入力された電
源電圧Ｖ_ccの電圧値が変動し、図１３（ａ）に示すよう
なＶ_cc＜Ｖ_L、もしくは図１３（ｂ）に示すようなＶ_He
＜Ｖ_ccまたはＶ_Hd＜Ｖ_ccの状態になると論理値０で、ウ
ィンドウコンパレータ７２の出力はＬｏｗレべル（危
険）となる。このとき、整流回路出力後の出力電圧特性
は図１３（ｃ）のようになる。また、タッチセンサに図
１４（ａ）に示すように過負荷が加わった場合、出力電
圧Ｖ_outが０Ｖに近づくため危険と判断することができ
る（図１４（ｂ）参照）。さらに、この整流回路出力後
の出力電圧Ｖ_comp（Ｖ_out＝０Ｖ）がＡ／Ｄボード１７
に入力されると、パソコンのＣＰＵ１８を用いてＩＯボ
ード１９でリレー７４を駆動し、サーボモータ２１の電
源（パワー部６）を切りロボット２を停止させる。した
がって、ロボットに負荷がかかり、ロボットと人間等と
の接触状況を検知するタッチセンサの故障・断線が生じ
た場合や、電源電圧が変動した場合に、ロボットを安全
側に動作させることができる。

【００１１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば以下
の効果がある。 （１）第１の実施例に示すように、ロボットのアームの
外表面にロボットが人間と接触したときの負荷の大きさ
に応じて抵抗値が単調減少するタッチセンサを取り付
け、タッチセンサの検出抵抗よる電圧と指令電圧を比較
し、ロボットの動作を常に安全側に働かせるような判断
を行う安全保護判断部を設けたので、異常が発生してい
る時にはその動作を安全側に働かせることができる。 （２）第２の実施例に示すように、ロボットのアームの
外表面にロボットが人間と接触したとき負荷の大きさに
応じて抵抗値が単調増加するタッチセンサを設け、 サー
ボアンプに入力される指令電圧をタッチセンサの抵抗と
固定抵抗とで分圧させる構成にしたり、また、第３の実
施例に示すように、負荷の大きさに応じて抵抗値が単調
減少するタッチセンサを設け、 サーボモータを駆動させ
る駆動電流をタッチセンサの抵抗とサーボモータのモー
タ抵抗で低減させるようにしたので、ロボットが暴走し
て人間の安全を確保できなくなるようなおそれがある場
合に、ロボットの動作を停止することなく、動作速度を
低減することができる。 （３）第４の実施例に示すように、ロボットのアームの
外表面に抵抗値が単調増加するタッチセンサを設け、サ
ーボモータを駆動させる駆動電流をタッチセンサの抵抗
で低減させるようにしたので、ロボットの動作を停止す
ることなく、動作速度を低減することができる。 （４）第５の実施例に示すように、ロボットに負荷がか
かり、ロボットと人間等との接触状況を検知するタッチ
センサの故障・断線が生じた場合、電源電圧の変動が生
じた場合に、駆動装置がタッチセンサの出力電圧から無
負荷であると判断することなく、安全側に動作すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1 の実施例を示すロボット駆動装置
の安全保護装置であり、（ａ）は安全保護装置のブロッ
ク図、（ｂ）はウィンドウコンパレータの内部構成を示
す模式図である。

【図２】安全保護判断部で安全と判断した場合における
タッチセンサと安全保護判断部の動作を示す図で、
（ａ）はタッチセンサの抵抗値の変化、（ｂ）はウィン
ドウコンパレータのしきい値に対する指令電圧と電源電
圧の和Ｖrefdの変化、（ｃ）は整流回路の出力電圧であ
る。

【図３】安全保護判断部で危険と判断した場合におけ
る、タッチセンサと安全保護判断部の動作を示す図で、
（ａ）はタッチセンサの抵抗値の変化、（ｂ）はウィン
ドウコンパレータのしきい値に対する指令電圧と電源電
圧の和Ｖrefdの変化、（ｃ）は整流回路の出力電圧であ
る。

【図４】本発明の第２の実施例を示すロボット駆動装置
の安全保護装置のブロック図である。

【図５】安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）は指令
電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対するタッ
チセンサの抵抗変化、（ｃ）は負荷に対するサーボアン
プ指令電圧の変化を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示すロボット駆動装置
の安全保護装置のブロック図である。

【図７】安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）は指令
電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対するタッ
チセンサの抵抗変化、（ｃ）は負荷に対するサーボモー
タ駆動電流の変化を示す図である。

【図８】本発明の第４の実施例を示すロボット駆動装置
の安全保護装置のブロック図である。

【図９】安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）は指令
電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対するタッ
チセンサの抵抗変化、（ｃ）は負荷に対するサーボモー
タ駆動電流の変化を示す図である。

【図１０】本発明の第5の実施例を示すロボット駆動装
置の安全保護装置であって、（ａ）は安全保護装置のブ
ロック図、（ｂ）はウィンドウコンパレータの内部構成
を示す模式図である。

【図１１】安全と判断した場合のウィンドウコンパレー
タと整流回路の動作を示す図で、（ａ）は固定抵抗によ
る上限、下限のしきい値抵抗の時間変化を示す図、
（ｂ）はウィンドウコンパレータのしきい値電圧に対す
る電源電圧Ｖ_CCの変化、（ｃ）は整流回路の出力電圧で
ある。

【図１２】安全と判断した場合の負荷に対するタッチセ
ンサの特性を説明する図で、（ａ）はタッチセンサの負
荷に対する抵抗値変化、（ｂ）はＡ／Ｄボードに入力さ
れる出力電圧の特性である。

【図１３】危険と判断した場合のウィンドウコンパレー
タと整流回路の動作を示す図で、（ａ）および（ｂ）は
ウィンドウコンパレータのしきい値電圧に対する電源電
圧Ｖ_CCの変化、（ｃ）は整流回路の出力電圧である。

【図１４】危険と判断した場合の負荷に対するタッチセ
ンサの特性を説明する図で、（ａ）はタッチセンサの負
荷に対する抵抗値変化、（ｂ）はＡ／Ｄボードに入力さ
れる出力電圧である。

【図１５】従来例を示すロボット駆動装置のブロック図
である。

【図１６】従来の負荷駆動装置を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１：人間 ２：ロボット ２１：サーボモータ ２２：アーム ３：ロボットコントローラ ４：Ｄ／Ａボード ５：サーボアンプ ６：パワー部 ７：安全保護判断部 ７１：整流回路 ７２：ウィンドウコンパレータ ７２ａ、７２ｂ、７２ｃ：ＡＮＤゲート回路 ７２ｄ、７２ｅ：比較器 ７２ｆ：発振回路 ７３：整流回路 ７４：リレー ７５、７６、７７、７８：固定抵抗（ウィンドウコンパ
レータ） ８１、８２、８３：タッチセンサ ９：固定抵抗 １０：固定抵抗 １１：固定抵抗 Ｖ_ref ：指令電圧 Ｖ_cc：電源電圧 Ｖ_H1、Ｖ_H2、Ｖ_Hd、Ｖ_He：ウィンドウコンパレータの上
限しきい値 Ｖ_L：ウィンドウコンパレータの下限しきい値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 寿之 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットコントローラに内蔵されたＤ／Ａ
   ボードからの指令電圧を入力するサーボアンプと、この
   サーボアンプから出力された電流指令により駆動される
   サーボモータと、このサーボモータを駆動源とするロボ
   ットと、を備えたロボット駆動装置において、 前記ロボットのアームの外表面に、前記ロボットが人間
   と接触したときの負荷の大きさに応じてその検出された
   抵抗値が単調減少するタッチセンサが設けてあり、 前記Ｄ／Ａボードと接続されると共に、前記タッチセン
   サの検出抵抗により変化するしきい値電圧と前記指令電
   圧を比較することにより前記ロボットの動作を安全側に
   働かせる判断を行う安全保護判断部を備えてあることを
   特徴とするロボット駆動装置の安全保護装置。
2. 【請求項２】前記タッチセンサは、二つ設けてあり、 前記安全保護判断部は、前記二つのタッチセンサの検出
   抵抗により変化する電圧と予め設定された外部の固定抵
   抗により決定される電圧をそれぞれ上限、下限のしきい
   値電圧とすると共に前記二つのタッチセンサの検出抵抗
   による上限値がともに前記指令電圧より高いときに発振
   するウィンドウコンパレータと、 前記ウィンドウコンパレータより発振した出力を整流す
   る整流回路と、 前記整流回路による整流後の出力電圧を用いて前記サー
   ボモータの電源を切るための指令を発するリレーと、よ
   り構成された請求項１に記載のロボット駆動装置の安全
   保護装置。
3. 【請求項３】ロボットコントローラに内蔵されたＤ／Ａ
   ボードからの指令電圧を入力するサーボアンプと、この
   サーボアンプから出力された電流指令により駆動される
   サーボモータと、このサーボモータを駆動源とするロボ
   ットと、を備えたロボット駆動装置において、 前記ロボットのアームの外表面に、前記ロボットが人間
   と接触したとき負荷の大きさに応じてその検出された抵
   抗値が単調増加するタッチセンサが設けられ、 前記タッチセンサには、直列に固定抵抗が接続されてお
   り、前記Ｄ／Ａボードからの指令電圧を前記タッチセン
   サの抵抗と前記固定抵抗とで分圧させるものであること
   を特徴とするロボット駆動装置の安全保護装置。
4. 【請求項４】ロボットコントローラに内蔵されたＤ／Ａ
   ボードからの指令電圧を入力するサーボアンプと、この
   サーボアンプから出力された電流指令により駆動される
   サーボモータと、このサーボモータを駆動源とするロボ
   ットと、を備えたロボット駆動装置において、 前記ロボットのアームの外表面には、 前記ロボットが人
   間と接触したとき負荷の大きさに応じてその検出された
   抵抗値が単調減少するタッチセンサが設けられ、前記タ
   ッチセンサに、直列に固定抵抗が接続されており、 前記サーボモータのモータ抵抗は、前記タッチセンサと
   並列に接続されており、前記サーボモータの駆動電流を
   前記タッチセンサの抵抗と前記モータ抵抗により低減さ
   せるものであることを特徴とするロボット駆動装置の安
   全保護装置。
5. 【請求項５】ロボットコントローラに内蔵されたＤ／Ａ
   ボードからの指令電圧を入力するサーボアンプと、この
   サーボアンプから出力された電流指令により駆動される
   サーボモータと、このサーボモータを駆動源とするロボ
   ットと、を備えたロボット駆動装置において、 前記ロボットのアームの外表面に、前記ロボットが人間
   と接触したときの負荷の大きさに応じてその検出された
   抵抗値が単調増加するタッチセンサが設けられ、 前記
   サーボモータのモータ抵抗は、前記タッチセンサと直列
   に接続されており、 前記サーボモータの駆動電流を前
   記タッチセンサの抵抗により低減させるものであること
   を特徴とするロボット駆動装置の安全保護装置。
6. 【請求項６】ロボットコントローラに内蔵されたＤ／Ａ
   ボードからの指令電圧を入力するサーボアンプと、この
   サーボアンプから出力された電流指令により駆動される
   サーボモータと、このサーボモータを駆動源とするロボ
   ットと、を備えたロボット駆動装置において、 前記ロボットのアームの外表面に、人間と接触した時に
   負荷状況に応じて抵抗値が単調減少するタッチセンサが
   取り付けてあり、 前記タッチセンサには、並列に接続されると共に比較器
   内部に予め設定された上限値および下限値を有する２組
   の異なるしきい値電圧と電源電圧を比較するウィンドウ
   コンパレータと、前記ウィンドウコンパレータにより発
   振した出力を整流する整流回路とが設けられ、且つ、直
   列に接続された固定抵抗が設けられており、 前記タッチセンサの抵抗の両端に、前記ウィンドウコン
   パレータの整流後の出力電圧を前記タッチセンサの抵抗
   と前記固定抵抗で分圧した電圧信号が入力されるＡ／Ｄ
   ボードが接続してあり、 前記Ａ／Ｄボードに、前記分圧した電圧信号を読み込み
   ＣＰＵを介して指令を出すＩＯボードが接続され、 前記ＩＯボードに、前記Ａ／Ｄボードに入力された電圧
   信号レベルにより前記サーボモータの電源を切るための
   指令を発するリレーを接続してあり、前記Ａ／Ｄボード
   に入力された電圧信号レベルを用いて前記ロボットを安
   全側に動作させるようにしたことを特徴とするロボット
   駆動装置の安全保護装置。